자동차 엔진을 제어하고, 컨트롤하는데 가장 중요한 역활을 하는 녀석에 대해 공부해 보려고 합니다. 바로 TCU (Transmission Control Unit) 에 대해 알아보겠습니다.

TCU란?

TCU는 현대 자동차의 전자기적으로 돌아가는 자동변속기를 컨트롤하는 기기입니다. TCU는 ECU를 비롯한 다양한 차량 내 센서를 이용하여, 언제 그리고 어떻게 기어를 변환시켜야하는지를 결정합니다. 왜? 이러한 기어변속을 통해 최적의 퍼포먼스와 연비 그리고 승차감을 달성하기 위해서 입니다.

TCU는 1990년대 이후 그 설계 구조가 유체역학적 컨트롤에서 전자기 컨트롤로 변화해왔습니다. 설계가 전자기적으로 변화되면서, 오늘날에는 그 기능성을 더 정밀하게 개선시키기 위해 변속 단위를 더 오밀조밀하게 구분하면서 정확성을 개선시키고 있습니다. 이 변속에 사용되는 것은 바로 <트렌스미션 솔레노이드> 입니다.

오늘날 TCU는 연비개선, 배기가스 배출 감소, 더 폭 넓은 변속 범위, 승차감 개선 그리고 핸들링 감 개선에도 영향을 미칩니다. 참고로 TCU와 ECU(Electronic Control Unit) 을 합쳐서 PCM(Powertrain Control Module) 이라고 부릅니다.

OBD2 몬스터게이지와 함께하는 TCU 이야기 - Input parameter

TCU가 적절한 언제 그리고 어떻게 변속을 할지 결정하는데 사용하는 센서는 다양합니다, 이러한 센서값들을 가리켜 Input Parameter라고 부릅니다. 여기서는 엔진센서, 자동변속센서 등을 포함해 다양한 수치들이 포함됩니다. 이를 하나씩 살펴보겠습니다.

Vehicle Speed Sensor(VSS) , 차량 속도 센서

이 센서는 다양한 신호를 TCU에게 보내고, 현재 차량의 속도를 알려주는 역활을 합니다. OBD2로도 확인이 가능하지만, 차량 내 계기판에 따라 확인 여부가 갈라지기도 합니다. 이 정보를 기반으로 TCU는 언제 기어변환이 일어나야 할지 측정을 하게 됩니다. 또한 TCC(터빈 스피드 센서)와 WSS (휠 스피드 센서)를 활용해서 기어변환 시점을 결정하는데 도움을 받기도 합니다.

어떻게? 두 센서 값을 비율로 나타내서 그 값을 인식하는데요. 만약 TSS나 WSS 둘 중 하나가 제대로 동작하지 않는다면, 이 비율이 잘못된다면 트렌스미션 슬리핑이나, 잘못된 속도 인식으로 심각한 문제를 일으키기도 합니다.

WSS(Whell Speed Sensor), 휠 스피드 센서

휠 스피드 센서는 차량의 실제 스피드를 측정하여, 해당 차량이 언덕길을 오르고 있는지 내리막길을 내리려가고 있는지를 인식합니다. 또한 토크 커버터가 연료소모량을 줄이고 엔진로드를 적절하게 사용하고 있는지를 결정하기도 합니다. 이를 판단하기 위해 토크가 디커플링이 일어나고 있는지도 판단할 수 있다고 하네요

Throttle Position Sensor(TPS), 스로틀 포지션 센서 
TPS는 TCU에서 사용되는 데이터 중 가장 핵심적인 두가지 중 하나입니다. 과거에는 스로틀 위치 센서를 통해 엔진로드를 결정하는데 사용되었습니다. 하지만 최근 Driven by wire 기술의 발달로 이 정보가 ECU와 TCU에게 공동으로 공급되어 사용됩니다. 

OBD2 관련 데이터를 사용할때도 상당히 중요하게 생긴다는 점은 다들 익히 아실 것입니다. 왜? 여기서 나오는 엔진로드를 기반으로 TCU는 기어 체인지의 특성과 적정 타이밍을 찾을 수 있기 때문입니다. 기어의 변동비는 오버테이킹이 벌어질지를 결정하는 한편, TPS는 주행간 지속적으로 스로틀의 위치를 측정&결정하면서 변동을 적절하게 해줍니다. 

TCU는 이 정보와 더불어 위에서 언급한 VSS와 함께 차량의 악셀수준을 결정하고, 이 데이터를 정상값과 비교합니다. 그리고 실제 값이 노멀값 대비 극명한 차이를 보인다면 변속기를 동작시켜 적절하게 맞추기도 하는 역할을 합니다. 

TSS(Turbine Speed Sensor), 터빈 스피드 센서
터빈 스피드 센서의 다른 이름은 ISS(Input Speed Sensor)입니다. 이 센서는 다양한 신호를 TCU에 보내고, TCU가 현재 샤프트나 토크 컨버터의 속도를 결정해줍니다. 또한 이 인풋 샤프트의 스피드는 토크 컨버터의 미끄러짐 및 그 비율을 결정합니다. TSS값은 특히나 토크 컨버트가 언제 락업 클러치를 걸어야 할지 결정하는데 중요한 역할을 합니다. 

** 락업 클럽치?

OBD2 스캐너 몬스터게이지를 사용하다보면 락업클러치와 퓨얼컷에 대한 문의가 많이옵니다. 락업클러치는 유체를 통해 동력을 전달/단속하는 토크의 구조적인 특성으로 인해 발생하는 동력손실을 줄이기 위해 기계적으로 클러치를 이어버리는 작업입니다. 간단하게 말해, 미션오일을 통해 기어가 연결되는 동력전달하는 방식이 비효율적이라 기어 변화가 없을 경우 기계적으로 클러치를 연결해 연비를 개선시키는 기능입니다

TFT(Transmission Fluid Temperature Sensor), 미션오일 온도 센서
미션오일 센서로 알려진 이 센서는 말 그대로 트렌스미션 내부의 유체인 미션오일 온도를 보여줍니다. 만약 유온의 온도가 너무 높다면, 미션은 기어를 단수를 내려 온도를 낮추려고 합니다. 토크 컨버터의 락업 클러치를 조정하고 변속감을 개선시키기 위해 미션은 점도를 체크하면서 변속을 결정합니다. 이 때, 점도를 결정하는 가장 중요한 요소가 온도입니다. 그리고 이 온도와 함께 중요하게 고려되는 것이 솔레노이드 압력 및 라인 압력인데 TCU는 이를 지속적으로 바꿉니다. 

브레이크 라이트 스위치(Brake Light Switch)
차량이 내리막길에 접어들때, TCU는 이를 감지하고 자동적으로 브레이크 기능을 좀 더 활성화 시킵니다. 여기서 운전자가 브레이크를 밟지 않아도 TCU가 알아서 작동시킵니다. 이 때 사용되는 센서가 바로 브레이크 라이트 스위치입니다. 

TCS(Traction Control System), 제동 컨트롤 시스템
TCS는 도로의 주행 환경을 체크하여 TCU에 신호를 보냅니다. 이 신호를 전해받은 TCU는 운전자가 주위 환경을 인식하기 전에 이를 선 반영하여 토크 컨버터의 락업클러치를 해제하거나, 1단기어에 있는 경우 2단기어로 먼저 전환하는 등 기어를 상단으로 먼저 변화 시킵니다. 

스위치 (Switch)
스위치는 단순히 on/off를 하는 전자기적 변환기 입니다. 특정 유체의 압력 수준을 체크하는 센서인데, 유체를 컨트롤하는데 있어 기본정보로 사용됩니다. 유체 컨트롤? 순환하고 있는 다양한 유체를 더 공급할지 덜 공급할지 컨트롤 한다는 말씀. 만약 유압이 낮다면 부족이 뜨겠죠? 

크루즈 컨트롤 모듈(Cruise Control Module) 
크루즈 컨트롤이 있는 차량의 경우, 이 모듈이 TCU에게 정보를 제공해줍니다. 크루즈 컨트롤이 동작하면, 일반 TCU가 예상하지 못하는 기어변환을 고려하면서 스로틀 개폐여부를 결정합니다. 또한 레버의 포지션을 결정하면서 다양한 변동사항을 대비하는 역할을 합니다. 

기타 인풋 파라미터
OBD2를 사용하는 고객이라면 CAN통신에 대해 한번쯤은 들어봤을 것입니다. TCU가 사용하는 CAN버스내의 다양한 센서들은 TCU에게 정보를 제공해주는데, 대부분의 기능은 레이싱이나 개별 매니아들의 튜닝선택에 의해 취합됩니다. 엔진속도, 차량속도, 매니폴드 압력 및 진공정도, 레버 포지션 등 말이죠. 

OBD2 몬스터게이지, TCU 넌 뭐냐? - 아웃풋 파라미터(Output Parameter)

이제 아웃풋 파라미터에 대해 알아보겠습니다. 아웃풋 파라미터는 TCU가 취합한 정보를 기반으로 어떤 결정을 하고 명령을 내리는데, 그 명령을 수용하는 센서들입니다. 이러한 결정에 따라 센서들이 차량에 변화를 주겠죠?

 시프트 락(Shift Lock) 
시프트 락은 솔레노이드를 통해 차량의 레버를 고정시켜, 운전자가 브레이크 페달을 적절하게 밟지 않는 경우 보정하여, 브레이크를 작동시키는 역할을 합니다.

시프트 솔레노이드(Shift Solenoids)
오늘날 자동 변속기어는 전자기 솔레노이드를 기반으로 기어를 변동시키는데요. 상대적으로 단순한 기어구조들은 솔레노이드를 사용하여 밸브 바디만 컨트롤 하지만, 복잡한 기어들은 클러치에 간접적으로 개입하여 밸브바디를 컨트롤합니다. 

압력 컨트롤 솔레노이드(Pressure Control Solenoids) 
비록 TCU가 많이 전자화 되었지만, 아직도 미션오일과 같은 유체를 활용해서 기어변속을 실행하고 있습니다. 이러한 특성 때문에 유체 압력의 정확한 컨트롤 매우 중요합니다. 과거 TCU들은 단순히 라인 압력을 기반으로 솔레노이드를 조정하였습니다. 오늘날 변속기는 종종 다양한 압력라인을 이용하여 솔레노이드를 컨트롤할 뿐만 아니라, 이를 통해 정확한 유체의 압력을 결정합니다. 만약 유체의 압력이 너무 높다면, 변속시 툭하는 충격과 함께 승차감을 악화 시키고, 너무 낮은 압력은 클러치를 과열시킵니다. 

TCC(Torque Converter Clutch Solenoid), 토크컨버터 클러치 솔레노이드
토크 컨버터를 전자기적으로 컨트롤하는데 사용되는 솔레노이드입니다. 토크 컨버터가 고정된다면, 토크 변화가 더이상 발생하지 않고, 엔진은 같은속도로 차량을 주행시킵니다. 토크 변화가 일어나지 않으니 그만큼 연비는 개선되구요. 낮은 기어단수에서 부분 락업은 연비를 개선시키지만, 클러치의 부품 마모도를 증가시키기도 합니다. 

ECU에 제공되는 정보들
위에서 언급했듯 일부 TCU의 정보들은 ECU로 공급되기도 합니다. 이를 통해 ECU는 점화타이밍, 공급되는 연료량의 변화, 스로틀밸브가 무거울 경우의 트렌스미션 변화등을 결정합니다. 또한 토크가 높을 때 트렌스미션의 부드럽게 변화를 주어 기어박스의 충격을 줄이기도 합니다.